Produção, propriedades e aplicação de celulases na hidrólise de resíduos agroindustriais

Abstract

Recebido em 13/5/09; aceito em 24/6/09; publicado na web em 25/11/09 PRODUCTION, PROPERTIES AND APPLICATION OF CELLULASES IN THE HYDROLYSIS OF AGROINDUSTRIAL RESIDUES. Cellulases have been intensively studied in the past few years, due to the interests in biofuels production from lignocellulosic materials, since they permit maintaining mild conditions during the conversion process. These enzymes can be produced by a broad variety of naturally occurring microorganisms, such as from genera Aspergillus, Trichoderma, Penicillium and Humicola. Targeting the increasing of expression levels, molecular biology tools have been used for heterologous genes insertion in host cells, e. g., Pichia pastoris and Escherichia coli. Enzymes from fungal cellulolytic complex usually act best at pH between 4 and 5 under temperatures from 40 to 60 °C and can be used for either sequential (SHF) or simultaneous (SSF) hydrolysis together alcoholic fermentation. In this review, the main raw materials for production of cellulases are identified, as well as the state of art of enzymes' properties, production and main applications.Keywords: cellulases; agroindustrial residues; lignocellulose. INTRODUÇÃOCelulases são enzimas que constituem um complexo capaz de atuar sobre materiais celulósicos, promovendo sua hidrólise. Estas enzimas são biocatalisadores altamente específicos que atuam em sinergia para a liberação de açúcares, dos quais glicose é o que desperta maior interesse industrial, devido à possibilidade de sua conversão em etanol. 1,2Estas enzimas começaram a ser estudadas durante a Segunda Guerra Mundial. A deterioração de fardas, barracas, bolsas e demais objetos dos acampamentos, fabricados de algodão, chamou a atenção de soldados das forças armadas norte-americanas, instalados nas ilhas Solomon, no Pacífico Sul. Algumas organizações, como a Quartermaster Corps, juntamente com as forças armadas, montaram laboratórios em busca de explicações e soluções imediatas para esse problema, que incluíam a detecção de organismos agentes das deteriorações, seus mecanismos de ação e métodos de controle. O grupo de trabalho, constituído por oito pesquisadores e liderado pelo Dr. Elwyn T. Reese, passou a conduzir seus experimentos no laboratório das forças armadas, em Natick, Massachusets, Estados Unidos. Como resultado das pesquisas, uma linhagem, codificada como QM6a, de um fungo filamentoso, identificado posteriormente como Trichoderma viride, foi isolada e a esta foi atribuída a característica de excretar enzimas capazes de degradar celulose. Até 1953, Dr. Reese e seu grupo de trabalho já haviam determinado que enzimas naturais, nomeadas celulases, constituem complexos de diversas moléculas com distintas habilidades na degradação do substrato. Em 1956, Dr. Reese aliou seus conhecimentos aos da Dra. Mary Mandels, que, em conjunto, passaram a trabalhar no laboratório em Natick. A partir de então, o foco das pesquisas deixou de ser a prevenção da hidrólise da celulose e passou a ser o melhoramento da produção das enzimas responsáveis por esse fe...

Uso Da Laranja Lima E Seus Resíduos No Desenvolvimento De Novos Produtos

“…De acordo com CASTRO & PEREIRA Jr (2010), as celulases produzidas por fungos filamentosos apresentam valores ótimos de pH na faixa ácida (3,0). Durante esse cultivo, os valores de pH variaram de 2,2 a 3,2.…”

Mecanismos envolvidos na biodegradação de materiais lignocelulósicos e aplicações tecnológicas correlatas

“…Tratase de um polímero linear, possuindo porções amorfas e cristalinas, formado exclusivamente por moléculas de anidro-glicose unidas por ligações β-(1,4)-glicosídicas. 11,16,17 As polioses ou hemiceluloses são polissacarídeos ramificados e de menor massa molar que a celulose. Estas são compostas por vários açúcares como a glicose, manose, galactose e xilose, além de pequenas quantidades de arabinose, áci-dos urônicos e grupos acetila.…”

“…Um grupo finalizador da hidrólise é composto pelas 1,4-β-glicosidases que hidrolisam a celobiose a glicose. 11,12,20 Ainda dentro do complexo celulolítico há a celobiose-desidrogenase que oxida vários açúcares como celobiose, lactose, oligômeros de glicose e, inclusive, a celulose. Como aceptor de elétrons para fechar o seu ciclo catalítico, essa enzima pode utilizar quinonas, citocromos, radicais orgânicos, O 2 molecular, íons Fe 3+ e Cu 2+ .…”

“…7 A aplicação de enzimas produzidas pelos fungos decompositores de materiais lignocelulósicos também tem ganhado muito interesse na atualidade. O uso de xilanases 8 e lacases 9,10 em processos de branqueamento de polpas celulósicas e a aplicação de celulases na hidrólise enzimática de celulose nos processos de produção de etanol de segunda geração, 11 são exemplos de como o avanço no entendimento da biodegradação dos lignocelulósicos tem permitido explorar aplicações tecnológicas de grande relevância para o mundo moderno.…”

Agroindustrial Wastes as Substrates for Microbial Enzymes Production and Source of Sugar for Bioethanol Production

“…One disadvantage of this strategy is relates to the different optimum temperature for enzymatic hydrolysis (45-50 o C) and alcoholic fermentation (28-35 °C) (Soccol et al, 2010). The process called Simultaneous Saccharification and Co Fermentation SSCF, pentoses and hexoses conversion are carried out in the same reactor (Castro;Pereira Jr, 2010). Finally, in the Consolidated BioProcessing (CBP) a single microbial community produced all the required enzymes and converts sugars into ethanol in a single reactor (Lynd, 1996), lowering overall costs.…”